量子跳跃通常被认为是瞬时的。然而，新的测量方法是如此精确，以至于现在已经可以观察到这样的过程并精确地测量其持续时间 – 例如爱因斯坦（Albert Einstein）首先描述的著名的’光电效应’。D1o科技有趣网

这是量子物理学中的关键实验之一：当光线落在某些材料上时，电子从表面释放出来。阿尔伯特·爱因斯坦是第一个在1905年解释这种现象的人，当时他认为的“光量子” – 就是最小光量单位-我们今天称之为光子。D1o科技有趣网

在很短的一秒钟内，材料的电子吸收光子，“跳跃”到另一个状态并离开表面。这种“光电效应”是如此之快，以至于它一直被认为是瞬间 – 从一个时刻到另一个时刻的状态的突然变化。然而，新的测量方法非常精确，现在已经可以观察到这样的过程并精确地测量其持续时间。来自维也纳科技大学的团队以及来自加兴、慕尼黑和柏林的研究小组确定了钨表面光电效应的持续时间。结果发表在Nature杂志上。D1o科技有趣网

激光脉冲撞击已经沉积碘原子的钨表面。钨原子和碘原子都失去电子，然后可以测量它们。 图片来源：TU WienD1o科技有趣网

以阿秒级进行测量

光电效应在许多技术领域中起重要作用，例如在太阳能电池中或从光纤电缆到电信号的数据转换中。它发生在阿秒范围内的时间尺度上 – 阿秒是十亿分之一秒的十亿分之一。D1o科技有趣网

“在超短激光脉冲的帮助下，近年来有可能第一次了解这种效应的时间，”维也纳技术大学理论物理研究所的JoachimBurgdöfer教授解释道。 。“例如，与我们的德国同事一起，我们能够确定不同量子跳跃之间的时间间隔，并表明不同的量子跳跃需要不同的时间。” 然而，到目前为止，只能确定时间差，而不是绝对持续时间，因为很难找到一个“时钟”，它开始精确地在量子跳跃开始时打勾。通过几个实验，计算机模拟和理论计算的组合，这正是可能的。D1o科技有趣网

三个原子钟

为了实现这一目标，科学家必须一步一步地进行：为了获得绝对的，精确校准的参考标度，他们首先研究了通过激光脉冲从氦原子中剥离出的电子。“氦原子非常简单。在这种情况下，我们可以准确地计算光发射的时间演变。对于更复杂的物体，例如金属表面，即使使用世界上最好的超级计算机，这也是不可能的，” Christoph Lemell教授解释说。D1o科技有趣网

然后将氦原子用作参考时钟。在第二个实验中，比较了氦和碘的光发射，从而校准了“碘时钟”。最后，在第三步也是最后一步，可以使用碘原子来研究钨表面电子的光发射 – 团队想要测量的效果。碘原子沉积在钨表面上，然后用超短激光脉冲击打。现在碘原子作为参考时钟，利用它可以测量钨表面的光发射。D1o科技有趣网

超短激光脉冲用作过程开始的起始信号。电子从它们的原子中释放出来并“跳跃”到一个不同的量子状态，在这个状态下它们可以到达钨表面并离开。“在钨中，可以特别好地研究这个过程的持续时间，因为材料的界面可以在那里非常精确地定义，”Florian Libisch教授解释说。“钨表面是电子时间测量的绝佳终点线。”D1o科技有趣网

光发射过程的持续时间取决于电子的初始状态。它的范围从电子从钨原子内壳的100阿秒到导带电子的45阿秒，平均通过终点线更快。测量在加兴（Garching）的Max Planck量子光学研究所（德国）进行。来自维也纳科技大学的Florian Libisch，Christoph Lemell和JoachimBurgdöfer负责理论工作和计算机模拟。D1o科技有趣网

但是，当然，研究项目的目标不仅仅是测量量子效应的持续时间。“这是一个令人兴奋的研究领域，提供了非凡的新见解 – 例如表面物理学和材料内的电子传输过程，”JoachimBurgdörfer说。“它让我们有机会以几年前难以想象的精确度来研究重要的物理过程。”D1o科技有趣网

来源：维也纳科技大学D1o科技有趣网